《物理实验竞赛》PPT课件.ppt

指导教师 王连明王春亮 测量物体微小形变 东北师范大学 小组成员 梁荣森范凯姜子博 实验设想的主要内容 测量微小扭转角得微小形变背景滚转角测量在军事 国防领域的各种精密测控系统中具有广泛的需求 例如船体的扭曲形变角度会对船载武器系统的精度产生影响 通过测量船体的扭曲形变角度对武器系统进行补偿 从而提高武器系统的精度 设想测量方法已很多 光学测角方法由于具有非接触 高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视 尤其是稳定的激光光学测角法 其它新的光学测角方法也都很有应用意义 我们的设想是由老师指导 基于莫尔条纹的扭转角测量 利用朗奇光栅产生莫尔条纹进而测量微小转角是李向荣发明 实验设想的主要内容 设想原理其主要原理是利用Ronchi光栅形成的泰伯像与第2块Ronchi光栅形成莫尔条纹 两个光栅的夹角即为滚转角 泰伯 莫尔条纹的宽度和倾角会随滚转角的变化而变化 通过对泰伯 莫尔条纹宽度和倾角的计算可获得光栅副滚转角的大小 基于以上方法 建立了一种滚转角测量系统 并对条纹图像进行处理与分析 对于图像处理 我们引用了Matlab计算机视觉库进行图像数据的测量与提取 进而得出相应微小转角所对应的莫尔条纹变化 实验仪器及原理介绍 实验设备图 实验仪器及原理介绍 实验设备简图实验光路示OpenCV意图 1为氦氖激光发射器 提供光源 2为两朗奇光栅 经过平行光照射后自成像形成莫尔条纹 3为凸透镜4为CCD 将莫尔条纹图像获取 便于通过计算机处理 测量 5为数显器 测量实际相对扭转角度 精确度为1分30秒 实验仪器及原理介绍 莫尔条纹莫尔条纹的科学含义是指两个周期性结构图案重叠时所产生的差频或拍频图案 例如两个周期相同的光栅以微小角度相互倾斜重叠后所产生的莫尔条纹 7 7 莫尔条纹的基本性质 1 放大性 2 同步性 光栅移动一个栅距 莫尔条纹就移动一个条纹宽度w 3 准确性 当光栅有局部误差时 由于平均效应 使光栅缺陷或局部误差对测量精度的影响大大减少 莫尔条纹测量转角原理对相同光栅常数 转换不同角度 即微小偏向角不同时 得到的莫尔条纹 角度越大 条纹越窄 莫尔条纹的宽度w及其对y轴的夹角 p 2 Ps p为光栅周期 实验仪器及原理介绍 实验步骤 1 搭建并调整光路使得第一片朗奇光栅的泰伯像与第二片朗奇光栅重合干涉形成莫尔条纹 2 用CCD将所得的莫尔条纹图像录入计算机内 3 通过Matlab编写的程序进行图像处理 4 将所得的实验数据与转台扭转角进行对比 实验莫尔条纹图像处理 图像处理具体步骤一 CCD获取莫尔条纹图像二 图像信息预处理 灰度化 中值滤波处理 可以有效地消除椒盐噪声和干扰脉冲 同时保留图像轮廓和边缘等信息 三 阈值分割 直方图均衡化 图像增强 亮度增加 四 骨架提取 二值化细化五 通过程序测出条纹中心间距 取点 进行最小二乘法直线拟合求出间距 最后用公式求解 一 CCD获取莫尔条纹图像泰伯 莫尔条纹通过光学系统成像到CCD相面上 然后转换成数字信号输入并存储到计算机中 通过对泰伯 莫尔条纹图像的形貌进行提取 分析和计算 可得到待测滚转角 本文采用MATLAB软件对泰伯 莫尔条纹的原始图像信息进行处理 二 图像信息预处理对图像信息进行灰度化 中值滤波处理 可以有效地消除椒盐噪声和干扰脉冲 同时保留图像轮廓和边缘等信息 实验莫尔条纹图像处理 三 阈值分割为了辨识和分析泰伯 莫尔条纹 需要将条纹和背景区域分离 我们采用以目标和背景的类间方差最大为准则选取阈值的类间方差法 Otus 进行阈值分割 可增强条纹和背景区域的对比度 该方法对泰伯 莫尔条纹的处理获得较好的效果 运算量适中 并且阈值的选取不会对条纹中心的定位有影响 PS 其间 需要对图像在做一次中值滤波 以确保黑白条纹相当平滑 实验莫尔条纹图像处理 四 骨架提取为了获得条纹的中心线需对该条纹图像进行骨架提取 骨架提取不改变图像的本质结构 提取骨架过程是不断地去掉条纹中不影响条纹连通性的像素 最终能够得到骨架的中心 运用到二值化 细化 实验莫尔条纹图像处理 五 通过程序测出条纹中心间距取点 进行最小二乘法直线拟合求出间距 实验莫尔条纹图像处理 优点 光机电结合精确度高实时性强实用性广成本低 实验器材优势 生活应用 制作方形管等船体扭转等等等 感谢观看